Testen der Einfügedämpfung von LP-Signalstrukturen mit Delta‑L 4.0

Ihre Anforderung

Beim Messen der Einfügedämpfung einer Signalleiterbahn auf einer bestimmten LP-Lage erzeugen die Lead-ins und Lead-outs wie LP-Tastköpfe und Durchkontaktierungen unerwünschte Beiträge zu den Ergebnissen und müssen daher bis zum betreffenden Bereich aus der Messung entfernt werden. Mit Delta-L wurde ein Algorithmus entwickelt, um diese Effekte herauszurechnen und die Einfügedämpfung pro Zoll auf einer Signalleiterbahn einer bestimmten LP-Lage mit Signalstrukturen unterschiedlicher Länge zu kalkulieren. Der Delta-L-Messworkflow ist in den R&S®ZNA, R&S®ZNB, R&S®ZNBT und R&S®ZND Vektornetzwerkanalysatoren als Option R&S®ZNx-K231 vollständig integriert.

Mittels einer vollständigen Charakterisierung einer Messaufnahme und dem entsprechenden Messaufnahmen-Deembedding wird die Referenzebene des Vektornetzwerkanalysators (VNA) auf eine neue Position direkt am Messobjekt verschoben. Mit diesem Verfahren lassen sich alle Arten von Prüflingen messen. Dies gilt nicht für Delta-L, da der Algorithmus annimmt, dass das Messobjekt eine quasi ideale Übertragungsleitung auf einer bestimmten LP-Lage ist, die lediglich durch Länge und Verlust charakterisiert wird. Der Workflow für eine vollständige Charakterisierung der Messaufnahme samt Deembedding ist auch bei den R&S®ZNA, R&S®ZNB, R&S®ZNBT und R&S®ZND Vektornetzwerkanalysatoren verfügbar. Die entsprechenden Optionen lauten R&S®ZNx-K210 (EZD), R&S®ZNx-K220 (ISD) und R&S®ZNx-K230 (SFD).

Falls man an der Einfügedämpfung pro Zoll auf einer bestimmten LP-Lage interessiert ist, bietet Delta-L eine unkomplizierte und maßgeschneiderte Methode, um die Ergebnisse durch Messung der LP-Strukturen mit drei unterschiedlichen Verfahren zu erhalten: 1L, 2L bzw. 3L. Diese definieren die Zahl an verwendeten Testcoupons mit unterschiedlichen Leiterbahnlängen. Abbildung 2 zeigt ein Beispiel für 2L mit 5-Zoll- und 2-Zoll-Testcoupons.

Bei Delta-L 3.0 wird der Tastkopf, Launch und Pitch (1,0 mm) für den Tastkopf sowie der Algorithmus zur Berechnung der Einfügedämpfung pro Zoll definiert. Dies funktioniert bis PCIe 4.0 und bei Frequenzen bis 20 GHz. Delta-L 4.0 ist eine kürzlich erschienene Erweiterung für PCIe 5.0 und PCIe 6.0, bei der Launch und Pitch (0,5 mm) für den Tastkopf neu definiert werden. Zudem wird der Algorithmus auf Frequenzen bis 40 GHz erweitert. Die Option R&S®ZNx-K231 beinhaltet den neuen Delta-L-4.0-Algorithmus, der sowohl für Delta-L-4.0- als auch für Delta-L-3.0-Messungen angewendet werden kann.

Lösung von Rohde & Schwarz

In Abbildung 1 ist der gesamte Messaufbau dargestellt. Abbildung 3 zeigt eine Nahaufnahme der verwendeten Delta-L-4.0-Tastköpfe und der Testplatine. In Abbildung 4 ist eine weitere Nahaufnahme des Probe Launch zu sehen. Der VNA wird bis zum Ende der Koaxkabel kalibriert, beispielsweise mit der R&S®ZN-Z54 automatischen Kalibriereinheit.

Mit der Option R&S®ZNx-K231 wird der Delta-L-Workflow vollständig in die R&S®ZNA, R&S®ZNB, R&S®ZNBT und R&S®ZND Vektornetzwerkanalysatoren integriert. Die Implementierungen unterstützen die 1L-, 2L- und 3L-Verfahren, indem Testcoupons mit 1, 2 oder 3 unterschiedlichen Längen verwendet werden. Durch die Integration innerhalb des Messgeräts entfällt die Notwendigkeit einer Nachverarbeitung auf einem externen PC.

Das in Abbildung 5 und Abbildung 6 gezeigte Dialogfenster bietet Zugriff auf die Messeinstellungen für Delta-L einschließlich Portkonfiguration des Messgeräts, Auswahl des Delta-L-Verfahrens und Definition des Sweep. Neben den S-Parametern lassen sich auch die TDR-Impedanzen anzeigen, um den korrekten Anschluss der Delta-L-Tastköpfe zu verifizieren und erforderlichenfalls die Tastköpfe erneut zu justieren.

Prozessautomatisierung

Nachdem der Anwender die Einstellungen vorgenommen hat, kann die Delta-L-Messung gestartet werden. Dabei wird der Anwender durch die verschiedenen Schritte des Delta-L-Workflows geführt. Der Anwender kann für jede Couponlänge eine Live-Messung wählen oder ein bereits bestehendes Messergebnis laden, das im Touchstone-Format gespeichert ist.

Abbildung 7 zeigt ein Beispiel eines 3L-Verfahrens, wobei Testcoupons mit 10", 5" und 2" zum Einsatz kommen. In diesem Fall kompensiert der Delta-L-Algorithmus die entsprechenden Lead-ins und Lead-outs und liefert drei Ergebnisse für die Einfügedämpfung pro Zoll. Dabei werden 10" mit 5" (betreffender Bereich = 5"), 10" mit 2" (betreffender Bereich = 8") und 5" mit 2" (betreffender Bereich = 3") kombiniert, wie in Abbildung 2 beschrieben. Das 3L-Verfahren liefert die meiste Information und wird üblicherweise in einer frühen Phase verwendet, beispielsweise bei der Materialauswahl.

Abbildung 8 zeigt ein Beispiel einer 2L-Messung, wobei Testcoupons mit 10" und 5" zum Einsatz kommen. In diesem Fall kompensiert der Delta-L-Algorithmus die entsprechenden Lead-ins und Lead-outs und liefert ein Ergebnis für die Einfügedämpfung pro Zoll. Dabei werden nur die verfügbaren Längen 10" und 5" (betreffender Bereich = 5") kombiniert. Das 2L-Verfahren erzielt ein exaktes Ergebnis für die Einfügedämpfung pro Zoll im betreffenden Bereich und wird für Stichproben an Platinen empfohlen. Das 1L-Verfahren nutzt lediglich eine Couponlänge, die Lead-ins und Lead-outs werden bei den Messergebnissen nicht kompensiert. Es wurde für die Massenfertigung konzipiert und liefert Trends und Statistiken zum Fertigungsprozess über Testcoupons auf mehreren Platinen.

Sobald die Messergebnisse aller erforderlichen Testcoupons verfügbar sind, kann die Delta-L-Berechnung durch Drücken der Run-Taste im Delta-L-Workflow gestartet werden. Die Ergebnisse werden in einem zusätzlichen neuen Diagramm dargestellt. Für alle in den Delta-L-Messeinstellungen ausgewählten Frequenzen werden Marker bereitgestellt, die die Zahlenwerte der Einfügedämpfung pro Zoll und der entsprechenden Unsicherheit anzeigen. Abbildung 9 zeigt die Delta-L-Ergebnisse des 2L-Verfahrens mit einem 10"- und einem 5"-Testcoupon. Die orange Kurve zeigt den geglätteten Verlauf mit Markerwerten an den gewählten Frequenzen. Die blaue Messkurve stellt den nicht geglätteten Verlauf als Referenz und zu Vergleichszwecken dar.